天然气智慧管网调度运行技术的探索与实践*

卢建明 刘承松 韩士英

浙江浙能天然气运行有限公司

随着浙江省对天然气需求的日益增长，省级天然气管道的建设总长度也在急速上升。以杭湖线、杭甬线、杭嘉线、甬台温线、金丽温线等主要天然气管道组成的浙江省省级天然气管网总长度已达到1 780 km[1]。浙江省经济发达，地少人多，城市发展快速，管道建设存在向人口稠密、经济发达地区延伸的趋势，管道的安全管理难度加大[2]。天然气管道安全管理和保护工作始终是安全生产的基础，浙江省在省级天然气管网逐步向超大规模化形成的过程中，以管道完整性管理理念为指导，积极开展数字化管道建设的探索和研究。

通过近年来智慧管网项目的实施，利用传感器、测绘、网络、通信、虚拟仿真、大数据等技术，将管道整个生命周期内产生的本体、环境、运行、经营等数据在综合系统上进行整合、展示、分析，为管道的运营提供高效率的综合管理和决策支持。同时通过采用大数据分析、智能调度等技术，逐步实现管道的智能化管理。

1 智慧管网调度模式研究背景

受到计算机信息技术高速发展的影响，欧美发达国家的天然气企业率先在天然气管道建设和运行的各个阶段应用了移动存储、大数据计算、物联网数据精准采集、数据决策分析等高新科技[3]，在发展智慧管网的过程中，已经取得了一定的成果。

在国内最早提出数字化管道的是中国石油天然气集团有限公司（以下简称“中国石油”），并于2004 年起逐步将数字化的技术应用于油气管道行业的勘察设计和施工管理。利用卫星遥感技术、全球定位技术、GIS 成图技术在勘察设计和施工阶段帮助优化路由，利用实时数据采集和管网运行监控等技术实现集中监控和调度运行，在管道数字化方面缩小了与欧美发达国家的差距。

中国石油在管道数字化的基础上进一步加深技术应用，对已建或拟建油气管道工程中的互联网技术、GIS、GPS 的应用进行统一规划部署，并与SCADA 等自动化管理技术有机结合，开发完成了PIS 完整性管理系统、GIS 地理信息等系统，为所辖油气田和管道的在线故障排查、运行优化、完整性管理提供了一个综合性数据平台。目前，建立了以SCADA、气象与地质灾害预警等平台、天然气与管道ERP、管道生产管理、管道工程建设管理（PCM）、管道完整性管理（PIS）、天然气销售等信息系统为支撑的多系统融合的智能信息化系统，全面支持资产和物流两条主线的业务工作[5]。

2 浙江省天然气智慧管网平台分析

浙江省天然气智慧管网系统基于GIS系统，主要分为一期与二期两大部分（图1）。

系统一期覆盖管道完整性管理全部业务，包括完整性数据采集、高后果区识别、管道风险评估、管道完整性分析、巡线管理、第三方施工管理、桩牌管理、应急指挥系统等。

图1 浙江省天然气智慧管网系统构架Fig.1 Natural gas intelligent pipe network system architecture of Zhejiang Province

系统二期结合天然气日常运营需求，强化对管道进行实时监控，包括阴极保护数据自动采集与分析系统、无人机辅助巡线监视、地质灾害监测系统、管道分布式光纤泄漏与预警监控、管道应力监控、特高压单极接地电流监控、站场巡检机器人等，并将最终采集到的数据整合，运用当前发展新兴的大数据模式进行综合分析，从而提高天然气调度人员对管网的预警性，实现管网无死角的实时监控，提高对管道安全状况的掌控能力。

2018 年底，浙江省天然气智慧管网系统已完成了主要工程的建设，并投入生产运行使用。在借助智慧管网平台的信息高速处理、判断能力后，让调度人员从枯燥的数据采集、统计、重复劳动中解放出来，在提高工作效率的同时还可避免人为失误，实现了天然气调度信息的“零漏监”和“零误判”。

3 智慧管网与调度运行模式研究

浙江省天然气运行调度控制中心建立于2004年，成立以来一直承担着全省所有省级天然气管道的运行指挥。与国内外众多调度控制机构一样，中心以计算机和通信网络为基础，使用目前成熟的监视控制和数据采集（SCADA）系统作为核心进行日常管理和运行控制。调度控制中心通过SCADA系统可完成对各个输气站场、阀室的数据汇总、数据存储、组态显示、远程控制、远程视频监控等工作。但单一使用SCADA 系统却无法有效地完成天然气管道状态的监视、预警和控制。基于以上情况，在调度运行指挥过程中结合智慧管网系统中的相关功能，优化调度模式，弥补相关空白。

3.1 智能阴极保护数据的应用

通过对天然气管道应用智能阴极保护测试桩，能够做到高频率、按需求地采集阴保点位数据，具备测量数据多样、时效性高、节约人力资源等优点，替代人工阴极保护数据采集。利用这种阴极保护远程监测装置还可以实现排流装置的数据自动化采集，实现对杂散电流的管理。

采用智能化的阴极保护管理系统（图2），调度人员不仅可以进行传统的运行数据统计，还可以实时监视预警以及调整阴极保护电流，从而充分保护管道，及时发现缺陷，实现精细化的阴极保护管理。

第一个问题是：所有的冒险活动都可能会带来不良后果吗？注意这里用了“possible（可能的）”。既然是冒险，就有险情存在，因此答案应该是“Yes”；第二个问题：所有的冒险活动都值得去做吗？当然不是，一些没有意义的冒险是不值得的，因此答案是“No”；第三个问题：一些冒险活动的危险程度有可能测量吗？按照常理，一些高风险的活动项目，是要由科学家和专业人士对其进行危险程度监测和评估的，如一些游乐场里的高风险项目，以及蹦极等户外项目。因此，预测答案应该是“Yes”。

图2 智能阴极保护管理系统Fig.2 Intelligent cathode protection management system

3.2 高后果区智能分析系统的应用

高后果区智能分析系统（图3）是根据所搜集的管道及基础地理数据，对管道沿线进行管廊分析、潜在影响区分析、地区等级分析等，识别出哪些地段属于高后果区，从而为管道安全提供决策支持。

图3 智能高后果区分析系统Fig.3 Intelligent high consequence area analysis system

系统通过高清卫星影像自动识别管道附近的工程机械、建筑，并创建相关工程数据。系统同步提取管道属性、水文、人口、地质灾害、道路、边坡等环境数据，从而自动完成风险评价计算。高后果区智能分析系统提供了直观的评价结果展现方式（柱状图、折线图、矩阵图等）及报告，方便调度人员对结果进行判断、分析以及对管线区域风险的跟踪管理。

3.3 管道智能风险评价系统的应用

管道智能风险评价系统（图4）通过识别对管道安全运行有不利影响的风险因素，评价事故发生的可能性和后果，综合得到管道风险大小，并提出相应风险减缓措施的分析过程。这种分析过程涉及管道系统设计、施工、运行、维护、测试、检测和其他信息的整合。风险评价是完整性管理程序的基础，应用对象、评价范围、复杂程度及采用的方法都会不同，最终目的是要识别出对管道系统完整性影响最大的风险因素。

图4 管道智能风险评价系统Fig.4 Pipeline intelligent risk assessment system

调度运行决策者可以通过对管道高风险削减因素分析措施，提出管道维护决策、管道风险减缓措施比选、管道优化维护方案以及管网输气模式优化等。

3.4 智能巡线管理系统的应用

管道智能巡线管理系统（图5）针对管道巡护相关工作进行数字化管理，并基于GIS系统对巡线人员进行定位和管理。该系统极大简化了天然气运营过程中的人力管理成本，优化调度运行管理过程中的资源配置。该系统主要包含以下功能：

（1）巡检事件管理。该模块是基础功能模块，巡检事件的记录。根据时间轴进行管道巡检事件的管理，实现不同日期巡线计划的查询，并进行地图定位、数据展示。

（2）巡线任务下发。系统按制定的巡线计划自动分解生成各巡线员的个人巡线任务，并将个人巡线任务下发至各巡线人员的终端设备。

图5 管道智能巡线管理系统Fig.5 Pipeline intelligent line patrol management system

（3）巡线轨迹记录。通过巡线人员持有的终端设备实时定位传送的数据，勾画出巡线人员的巡检轨迹，实现人员巡线的监督，保证巡线工作按时、按量地执行。

（4）巡线人员管理。通过实时比较巡线任务和巡线人员的巡检轨迹，系统将对巡检人员完成工作情况作出评价，并生成综合报告。

4 结束语

智慧管网已经成为管道信息技术领域的主要发展趋势，是集合计算机技术、网络通信技术、自动控制技术及其他行业相关技术的先进的综合性系统。随着智能管网技术应用的逐渐成熟，在对天然气运行管理带来新的挑战的同时，也是对天然气运行安全性、科学性、高效性的重大提升。

国内天然气调度控制机构一般以监控输气站、阀室及相关生产设备为主，对监控管道本身的状态属性的手段较少，且大部分技术处于试验阶段。浙江省天然气智慧管网技术与调度运行管理的相互融合，不仅是技术和管理上的一次创新，也是对天然气行业发展方向的一次探索。

当前浙江省天然气在智慧管网的数据采集、分析领域已经取得了一定成果，未来还将基于已取得的研究成果，继续将其应用于天然气调度应急指挥、全自动化调度输气等方面。智慧管网技术势必会在天然气的调度指挥中发挥更大的作用，为天然气管道的安全运行保驾护航。